Protoi
Protoi | |
---|---|
![]() Protoiaren quark-egitura. Quark bakoitzarenkolore-kargaausazkoa da, baina hiru koloreek presente egon behar dute. Quarken arteko indarrakgluoiekkudeatzen dituzte. | |
Sailkapena | Barioia[1] |
Konposaketa | 2u quark,d quark1 |
Estatistika | Fermionikoa |
Elkarreraginak | grabitazioa,elektromagnetiko,elkarrekintza ahula,elkarrekintza bortitza |
Ikurra | ,,N+ |
Antipartikula | Antiprotoia |
Teorizatua | William Prout(1815) |
Aurkitua | Ernest Rutherford(1917–1919, izen ematea, 1920) 1920 |
Masa inbariantea | 1.672621777(74)×10−27kg[2] 1.007276466812(90)u[2] |
Bataz besteko bizitza | >2.1×1029urte(egonkorra)[3] |
Karga elektrikoa | +1e 1.602176565(35)×10−19C[2] |
Kargaren erradioa | 0.8775(51)fm[2] |
Dipolo elektrikoaren momentua | <5.4×10−24e·cm |
Polarizagarritasun elektrikoa | 1.20(6)×10−3fm3 |
Momentu magnetikoa | +1e 1.602176565(35)×10−19C[2] |
Polarizagarritasun magnetikoa | 1.9(5)×10−4fm3 |
Espina | 1⁄2 |
Isoespina | 1⁄2 |
Paritatea | +1 |
Kondentsatua | I(JP) =1⁄2(1⁄2+) |
Protoia(p edo p+)nukleokopartikula subatomikobat da, karga elektriko positiboa duena. Haren karga oinarrizko karga-unitatea da: 1,602×10−19C.
Atomo batek bere nukleoan duen protoi kopuruarizenbaki atomikoderitzo. Zenbaki atomikoakelementu kimikoadeterminatzen du, elementuaren ezaugarri fisiko-kimiko asko baldintzatzen baititu.Taula periodikoanzenbaki atomikoaren arabera sailkatzen dira elementu kimikoak.[4]Protoihitza grezieratik dator (πρῶτον) etalehenaesan nahi du.Ernest Rutherford-ek 1920anhidrogeno-nukleoa izendatzeko erabili zuen. Arrazoia honakoa izan zen: Rutherford-ek, talka atomikoen bitartez, egiaztatu zuen hidrogeno-nukleoa nitrogenotik lor zitekeela.[5]Bertatik, hidrogeno-nukleoa atomo pisutsuagoak eraikitzeko funtsa zela ondorioztatu zuen, horregatik, hain zuzen, esleitu zion hidrogeno-nukleoari "lehena" izena.
Halaber,kimikanetabiokimikan,protoi hitzahidrogeno-ioia(H+) adierazteko erabiltzen da. Testuinguru horretan, protoi-igorle batazidobat da, eta protoi-hartzaile bat,basea[6].
Protoiek, neutroiekin batera,nukleoideritzon multzoa osatzen dute; hau da, atomoaren nukleoa osatzen duten partikulak dira. Protoi guztiek karga elektriko berdina dutenez, elkar aldaratzen dute. Hala ere, atomoen nukleoan pilatuta daude. Hori, distantzia txikietan, indar nuklear bortitzaren erakarpena aldarapen elektrostatikoa baino handiagoa delako da; beraz, protoiak trinkotu egiten dira, sakabanatu beharrean.[7]
Deskribapena
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Protoiakquarkezosatutako partikulak dira, horregatik, hadroien taldekoak kontsideratzen dira. Protoi bakoitza hiru balentzia quarkez osatuta dago,[8]etaelkarrekintza nuklear bortitzari esker mantentzen dira elkarri lotuta. Horietako bi goi quarkak dira eta hirugarrena behe quarka.Goi quarkeidagokienez, +½ baliokospinadute;behe quarkenkasuan, berriz, spina -½ -koa da. Hortaz, erraz ikusten da oinarrizko partikulen spinen batura eginez, protoiak +½ balioko spina duela. Ondorioz, protoiak spin erdi-osoa du, eta, beraz, definizioz,fermioiada.[9]Hortaz, protoia aldi berean hadroia eta fermioia da, ondorioz,barioiada.
Protoiaren masari dagokionez, zati handi batlotura-energiarenondorioa da. Hau da, hiru quarken masaren batura protoiaren masaren % 1a besterik ez da.[10]Protoiaren gainerako masagluoieksorturiko lotura-energiatik eta lotura hauek inguratzen dituzten quark-antiquarkbikoteetatik dator.[7]Horrez gain, quarkek ez bezala, protoiek karga-erradio neurgarri bat dute: 0.833 fm, errorea ±0.010 fm delarik (2019an bi teknika desberdinekin egindako saiakeretan balio berdina eskuratu zen).[11][12]
Bestalde,giro-tenperaturan,oro har, protoiak ez dira aske ibiltzen; elektroiekin loturak ezartzen dituzte, betiere beraien protoi izaera mantenduz. Batzuetan, ordea, protoiekenergia zinetikohandiegia dute elektroiekin lotuta egoteko. Kasu horietan, inguruko materiarekin duten elkarrekintzaren ondorioz,abiaduragalduz doaz. Nahikoa moteldu ostean, atomo batenelektroi-hodeianharrapatuta geratzen dira, partikula askea izateari utziz. Inguruan, materia beharrean, hutsa eta elektroi askeak baldin badaude (unibertsoaren sorreran bezala), elektroi bakarrarekin egingo du lotura protoiak, hidrogeno-atomo bat sortuz.
Historia
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Hidrogeno-atomoagainontzeko partikulen egituraren oinarria dena urte askotan ontzat hartu den ideia izan da. Pisu atomikoaren interpretazio sinplista batean oinarrituta, 1815ean,William Prout-ekatomo guztiak hidrogeno atomoz ( "protyles" zeritzenak) osatuta zeudela proposatu zuen.[13]Hipotesi hura ordea, baztertu egin zen pisu atomikoen balio zehatzagoak neurtu zirenean.[14]
1886an,Eugen Goldstein-ekizpi anodikoakaurkitu zituen, eta ondorioztau zuen gasetatik sortutako karga positibodun partikulak (ioiak) zirela. Goldstein-ek zioen,atomoaelektrikoki neutroa zenez, elektroien karga negatiboa konpentsatzeko karga positiboa ere izan behar zela atomoaren baitan. Hori frogatzeko, atomoaren kargaren eta masaren arteko proportzioa kalkulatu zuen izpi anodikoez baliatuz. Proportzio horren balioa izpi anodikoen hodian sarturiko gas motaren araberakoa zen. Ondorioz, hipotesian protoitzat jotako partikulak ioi positiboak zirela behatu zuen Goldstein-ek.
1911anErnest Rutherford-ek atomoaren nukleoa aurkitu zuen[15].Ondoren,Antonius van den Broek-ek proposatu zuen elementu bakoitzaren taula periodikoko kokapena nukleoaren kargak; hau da, zenbaki atomikoak, determinatzen duela. Broek-ek proposatutakoaHenry Moseley-k frogatu zuen esperimentalki 1913an,X izpien espektroaz baliatuz.
1917an, Ernest Rutherford-ek egiaztatu zuen hidrogenoaren nukleoa beste atomoen nukleoan ere badagoela. Horretarako, bi esperimentu egin zituen: bata, 1919an, eta, bestea, 1925ean. Lehenengo esperimentuan,nitrogenoaalfa-partikulekinbonbardatzean agertzen ziren distirak hidrogeno-nukleoen bere-berezkoak zirela konturatu zen. Bestela esanda, alfa-partikularen eta nitrogeno-atomoaren arteko talka gertatzean, nitrogenotik protoi bat askatzen zela ohartu zen. Esperimentuaren ondoren, hidrogeno-atomoak izen berezi bat behar zuela erabaki zuen, beste atomo guztien baitan zegoela frogatu baitzuen. Proton izendatu zuen (hitz honek grekoz lehena esan nahi du). Urte batzuk beranduago,Oliver Lodge-ek positiboki kargatutako hidrogeno-atomoa izendatzeko eskatu zion. Eskaera honi erantzunez, 1920an, protoi izena positiboki kargatutako hidrogeno atomoari esleitu zion.
Geroago, bigarren esperimentuan, kontrako prozesua ere posible zela ohartu zen. Hau da, 1925ean, nitrogeno-atomo etaalfa-partikulabanaren arteko erreakzioaren produktuak protoi bat eta oxigeno-atomo bat zirela egiaztatu zuen. Aipatutako erreakzioa izan zen historian dokumentatutako lehenerreakzio nuklearra,14N + α → 17O + p. Esperimentuak 1919an eta 1925ean burutu zirenez, batzuek diote Rutherford-ek protoia 1919an aurkitu zuela, beste batzuek, ordea, 1925ean.
Azken ikerketetan, zientzialariek frogatu dutetrumoi-ekaitzek dozenaka MeV-ko energia duten protoiak sortzen dituztela.[16]Horrez gain, protoien erabilera oso ohikoa daprotoi-terapiako etapartikulen fisikako esperimentuetan,Hadroien Talkagailu Handiahorren adibide argia izanik.
Atomoen egitura
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Protoiei eta neutroieinukleoideritze. Nukleoi horiek indar nuklearraren bidez loturik daude, atomoaren nukleoa osatuz. Nukleoaren egitura sinpleena hidrogeno atomoarenprotioisotopoa (1H) da, zeina protoi bakarrez osatua dagoen. Hidrogenoaren beste bi isotopodeuterioaetatritioadira[17].Deuterioa elkarri loturik dauden protoi batez eta neutroi batez eraturik dago;tritioa,aldiz, protoi batez eta bi neutroiz. Gainerako atomoen nukleoak bi protoik edo gehiagok eta zenbait neutroik osatzen dute.
Protoia partikulen fisikan
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Egonkortasuna
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Protoia bario arinena izanik, partikula egonkorra dela esan daiteke. Gainera, protoi askeen desintegraziorik ez da inoiz behatu.[18]Hala ere, eredu estandarrak protoiak bizitza-denbora finitua duela aurresaten du, 1031eta 1036urte bitartekoa.[3][19][20]
Teoria batzuek diote protoia energia xurgatu gabe desintegra daitekeela, azpian adierazitako eratan:[21]
(1) Protoiaren desintegrazioapositroietapioineutro banatan:
p → e+ + π0
(2) Protoiaren desintegrazioamuoietapioineutro banatan:
p → μ + π0
Bestalde, protoiak neutroi bihur daitezke, alderantzizko beta-desintegrazio edo elektroi-harrapaketa deritzon prozesuaren bidez, neutroi-izarren sorreran gertatzen den bezalaxe. Gertaera hori ez da espontaneoa, energia xurgatzen baitu sistemak. Era berean, prozesua itzulgarria denez, aurkako prozesua ere gerta daiteke, modu espontaneoan. Beta-desintegrazio deritzo,eta haren batez besteko bizitza 15 minutu ingurukoa da.[22]
Protoiaren erradioa
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Azken behaketa esperimentalek diotenez, protoiaren erradioa 8,4184 × 10-16 m-koa da.[23]
- Protoiaren erradioa = 2 h / (π c mp) = 8,41235641483227·10-16 m
- Protoiaren erradioa = 2 λp/ π = 8,41235641483233·10-16m
- hPlanck-en konstea da
- π3,14159265358979… da.
- cargiaren abiadurada.
- mpprotoiaren masa da.
- λpprotoiarenCompton-en uhin luzera da.
Protoi askeen elkarrekintza materiarekin
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Nahiz eta protoiek elektroiekiko erakarpen indarra jasan, honek ez du eragin handirik protoiengan. Ondorioz, protoiekenergia zinetikoasko galdu behar dute elektroi batekin lotura egonkor bat sortzeko.Energiaren galera hori protoiek nukleo atomikoekin talka egitean edo atomoak ionizatzean gertatu ohi da. Hala ere, elektroi batekin lotuta egon arren, protoiak bere izaera mantentzen du. Energia gutxiko protoi askeek jasaten duten elektroiekiko erakarpen indarrak protoiak geldiarazten ditu, eta, atomoekin elkartuz, beste egitura kimiko bat sortzen dute. Beraz, abiadura txikia duen protoi batek edozein material arrunt (plasmaizango ez dena) zeharkatzen duenean, talka egingo du material horren atomo edo molekulekin. Talka horietan, atomo edomolekulahorien elektroiek protoia erakarriko dute, eta protoi askea zenak eta molekulak, beste konposatu kimiko bat sortuko dute.
Antiprotoia
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Protoiaren antipartikulaantiprotoiada.Protoi negatiboizenez ere ezagutzen da. Protoiak eta antiprotoiak aurkako karga dute, baina masa berdina.[24]
CPT-simetriakpartikulek eta haien antipartikulek dituzten propietateak ezaugarritzen ditu. Adibidez, partikula baten eta haren antipartikulen kargen arteko batura nulua izan behar dela.
Protoia kimikan
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Zenbaki atomikoa
[aldatu|aldatu iturburu kodea]Kimikan, atomoaren nukleoan dagoen protoi-kopuruari atomo-zenbaki edo zenbaki atomiko deritzo, eta, honek, zehazten du atomoa ze elementu kimiko den. Adibidez, kloroaren zenbaki atomikoa 17 da, beraz, kloro atomo bakoitzak 17 protoi ditu nukleoan, eta 17 protoidun atomo guztiak kloro atomoak dira. Atomo neutroen karga totala nulua da, karga positibodun protoi eta karga negatibodun elektroi kopurua berdina baita. Hala ere, elementu baten atomo guztiak ez dira beti berdinak. Askotan, atomoen protoi eta neutroi kopurua berdina izan arren, batzuetan ez da hori gertatzen. Kasu horiei isotopo deritze.
Erreferentziak
[aldatu|aldatu iturburu kodea]- ↑(Ingelesez)Amsler, C.; Doser, M.; Antonelli, M.; Asner, D.M.; Babu, K.S.; Baer, H.; Band, H.R.; Barnett, R.M.et al.. (2008-09).«Review of Particle Physics»Physics Letters B667 (1-5): 1–6.doi: .ISSN0370-2693.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑abcdeMohr, P.J.; Taylor, B.N. and Newell, D.B. (2011),"The 2010 CODATA Recommended Values of the Fundamental Physical Constants",National Institute of Standards and Technology, Gaithersburg, MD, US.
- ↑ab(Ingelesez)Buccella, F.; Miele, G.; Rosa, L.; Santorelli, P.; Tuzi, T.. (1989-12).«An upper limit for the proton lifetime in SO(10)»Physics Letters B233 (1-2): 178–182.doi: .ISSN0370-2693.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑R., Scerri, Eric. (2007).The periodic table: its story and its significance.Oxford University PressISBN9780195345674.PMC122340314.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑(Ingelesez)«proton | Definition, Mass, Charge, & Facts»Encyclopedia Britannica(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑«ZT Hiztegi Berria»zthiztegia.elhuyar.eus(Noiz kontsultatua: 2021-01-17).
- ↑abN., Cottingham, W.. (2001).An introduction to nuclear physics.(2nd ed. argitaraldia) Cambridge University PressISBN0511040466.PMC56761496.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑(Ingelesez)Adair, R. K.. (1988).The great design. Particles, fields, and creation..(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑(Ingelesez)Eichten, Estia J.; Lane, Kenneth D.; Peskin, Michael E.. (1983-03-14).«New Tests for Quark and Lepton Substructure»Physical Review Letters50 (11): 811–814.doi: .ISSN0031-9007.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑«Has the mass of the common quark been nailed down?»Physics Today2010doi: .ISSN1945-0699.(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑(Ingelesez)Bezginov, N.; Valdez, T.; Horbatsch, M.; Marsman, A.; Vutha, A. C.; Hessels, E. A.. (2019-09).«A measurement of the atomic hydrogen Lamb shift and the proton charge radius»Science365 (6457): 1007–1012.doi: .ISSN0036-8075.(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑(Ingelesez)Xiong, W.; Gasparian, A.; Gao, H.; Dutta, D.; Khandaker, M.; Liyanage, N.; Pasyuk, E.; Peng, C.et al.. (2019-11).«A small proton charge radius from an electron-proton scattering experiment»Nature575 (7781): 147–150.doi: .ISSN0028-0836.(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑F.R.S, Professor Orme Masson. (1921-02-01).«XXIV. The constitution of atoms»The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science41 (242): 281–285.doi: .ISSN1941-5982.(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑Scerri, Eric R.. (2007).The periodic table: its story and its significance.Oxford University PressISBN978-0-19-534567-4.PMC122340314.(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑1932-2011., Dahl, Per F.,. (1997).Flash of the cathode rays: a history of J.J. Thomson's electron.Institute of Physics PubISBN0585208530.PMC44959463.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑(Ingelesez)Köhn, Christoph; Ebert, Ute. (2015-02).«Calculation of beams of positrons, neutrons, and protons associated with terrestrial gamma ray flashes»Journal of Geophysical Research (Atmospheres)120 (4): 1620–1635.doi: .ISSN0148-0227.(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑S., Rigden, John. (2002).Hydrogen: the essential element.Harvard University PressISBN0674007387.PMC48256825.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑(Ingelesez)Wilkes, Richard Jeffrey (ORCID:0000000208248524). (Wed Nov 15 00:00:00 EST 2017).Experimental Neutrino Physics.(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑(Ingelesez)Lee, Dae-Gyu; Mohapatra, R. N.; Parida, M. K.; Rani, Merostar. (1995-01-01).«Predictions for the proton lifetime in minimal nonsupersymmetric SO(10) models: An update»Physical Review D51 (1): 229–235.doi: .ISSN0556-2821.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑« Đông Kinh đại học vũ trụ tuyến viện nghiên cứu phó thuộc thần cương vũ trụ tố hạt nghiên cứu thi thiết »www-sk.icrr.u-tokyo.ac.jp(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑(Ingelesez)Nishino, H.; Clark, S.; Abe, K.; Hayato, Y.; Iida, T.; Ikeda, M.; Kameda, J.; Kobayashi, K.et al.. (2009-04).«Search for Proton Decay via p→e+π0 and p→μ+π0 in a Large Water Cherenkov Detector»Physical Review Letters102 (14): 141801.doi: .ISSN0031-9007.(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑(Ingelesez)Ahmed, S. N.; Anthony, A. E.; Beier, E. W.; Bellerive, A.; Biller, S. D.; Boger, J.; Boulay, M. G.; Bowler, M. G.et al.. (2004-03-10).«Constraints on Nucleon Decay via Invisible Modes from the Sudbury Neutrino Observatory»Physical Review Letters92 (10)doi: .ISSN0031-9007.(Noiz kontsultatua: 2018-11-21).
- ↑«Fundamental Physical Constants from NIST»physics.nist.gov(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
- ↑(Ingelesez)Gabrielse, G.. (2006-04).«Antiproton mass measurements»International Journal of Mass Spectrometry251 (2-3): 273–280.doi: .(Noiz kontsultatua: 2020-12-03).
Bibliografia
[aldatu|aldatu iturburu kodea]- «Fundamental Physical Constants. Proton mass»
- «Decaimiento del Protón»
- «The Behavior of Hadron Collisions at Extreme Energies»
- «La desintegración radioactiva»
- «LIV. Collision of α particles with light atoms. IV. An anomalous effect in nitrogen»
- «¿Qué tan grande es el protón?»
- «The size of the proton»
- «Fundamental Physical Constants. Proton Compton wavelength»
- «Mass of the Common Quark Finally Nailed Down»
- «Ab initio determination of Light Hadron Masses»